DE4212625A1 - Speicherbehälter für flüssigen Wasserstoff - Google Patents
Speicherbehälter für flüssigen WasserstoffInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Speicherbehälter für flüssigen
Wasserstoff.
Im folgenden werden als Bezeichnungen für gasförmigen bzw.
flüssigen Wasserstoff die Abkürzungen GH2 (gaseous hydrogen)
bzw. LH2 (liquid hydrogen) verwendet.
Wasserstoff gewinnt gegenwärtig durch zunehmenden Energiebedarf
und gestiegenes Umweltbewußtsein als Energieträger immer mehr
an Bedeutung. So sind Überlegungen im Gange, in naher Zukunft
Flugzeuge, Lastkraftwagen, Busse sowie Personenkraftwagen
mittels mit Wasserstoff betriebener Turbinen bzw. Motoren
anzutreiben. Die Speicherung des Wasserstoffs an Bord der
obengenannten Verkehrsmittel ist dabei in flüssiger Form am
sinnvollsten. Zwar muß der Wasserstoff dazu auf etwa 25 K
abgekühlt und auf dieser Temperatur gehalten werden, was nur
durch entsprechende Isoliermaßnahmen an den Speicherbehältern
bzw. -tanks zu erreichen ist, doch ist eine Speicherung in
gasförmigem Zustand aufgrund der geringen Dichte von gasförmi
gem Wasserstoff in der Regel in den obengenannten Verkehrs
mitteln nicht realisierbar. Aus sicherheitstechnischen Gründen
bedarf es bei wasserstoffgetriebenen Fahrzeugen weiterer
Sicherheitsmaßnahmen - auf die hier jedoch nicht näher einge
gangen wird - so daß die notwendige Isolation des Speicherbe
hälters nicht nur dem Aufrechthalten der Temperatur dient.
Einen Überblick über den aktuellen Stand der Wasserstoff-Ent
wicklung im Hinblick auf seine Verwendung als Kraftstoff geben
z. B. die Artikel "Flüssiger Wasserstoff als Motorenkraftstoff
der Zukunft", Prof. Dr. W. Peschka, Sonderdruck aus "Maschinen
welt-Elektrotechnik", 43. Jg, Heft 8/9-1988 und "Liquid Hydro
gen Fueled Automobiles: On-Board and Stationary Cryogenic
Installations", R. Ewald, Cryogenics 1990, Vol. 30 Sept.
Supplement.
Wasserstoffgetriebene Motoren benötigen GH2 bei 3 bis 4 bar
Überdruck. Die Betankung des Speicherbehälters bzw. -tanks
erfolgt mit LH2 mit einer Temperatur von etwa 20 K bei
geringem Überdruck. Aus diesem Grund ist es notwendig, vor
Beginn des Fahrbetriebes einen Druckaufbau im Speicherbehälter
durchzuführen. Dies geschieht bisher durch das Einblasen von
Wasserstoff aus externen Gasflaschen über die Betankungsleitung
des Speicherbehälters in die Flüssigkeit. Da der Druckaufbau
gegenwärtig noch tankstellenseitig erfolgt, resultiert daraus
eine Verkomplizierung und zeitliche Verzögerung des Betankungs
vorganges.
Damit während des Fahrbetriebes ein Aufrechthalten des notwen
digen Druckes von 3 bis 4 bar möglich ist, wird LH2 im
Speicherbehälter verdampft. Dies geschieht mittels einer am
Behälterboden angeordneten elektrischen Heizung.
In der gleichzeitig mit dieser Patentanmeldung eingereichten
Patentanmeldung P . . . . . . . . . . (internes Aktenzeichen H 92/??)
wird ein Speicherbehälter mit einer im Speicherbehälter
integrierten Mammutpumpe beschrieben, der die zum Druckaufbau
und Druckerhaltung notwendigen Abläufe schneller, einfacher
und sicherer durchführt.
Wird eine Versorgung des Motors mit LH2 gewünscht, wie dies
z. B. bei Motoren mit einer inneren Gemischbildung der Fall ist,
macht die Verwendung einer Mammutpumpe keinen Sinn.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Speicherbehälter für LH2
anzugeben, der die Versorgung eines Kraftfahrzeugmotors mit
LH2 auf eine regeltechnisch einfache und wenig störanfällige
Weise erlaubt.
Diese wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Inneren des
Speicherbehälters eine mechanische Pumpe angebracht ist, deren
Austrittsleitung in den Gasraum des Speicherbehälters hinein
ragt, und daß an dem gasraumseitigen Ende der Austrittsleitung
ein Überlaufgefäß befestigt ist.
Die mechanische Pumpe fördert den LH2 über ihre Austritts
leitung in das im Gasraum des Speicherbehälters angeordnete
Überlaufgefäß. Eine zwischen dem Speicherbehälter und Motor
angeordnete Einspritzpumpe fördert den LH2 anschließend
unter hohem Druck direkt in den Brennraum des Motors.
Der erfindungsgemäße Speicherbehälter zeichnet sich durch
folgende Vorteile gegenüber den zum Stand der Technik zählenden
aus:
Da der Speicherbehälter nahezu drucklos betrieben werden kann,
erhöht sich die Sicherheit des Wasserstoffsystems hinsichtlich
einer Freisetzung von Wasserstoff bei einem Unfall. Darüber
hinaus kann auf ein Druckaufbau- und Druckhaltesystem, wie bei
den zum Stand der Technik zählenden Speicherbehältern notwen
dig, verzichtet werden. Zudem ergibt sich eine Verkleinerung
des notwendigen Steuermechanismus, d. h. das Speichersystem wird
billiger und weniger störanfällig.
Als weiteren großen Vorteil läßt sich die Reduzierung der
Wasserstoff-Verdampfungsverluste im Parkbetrieb des Kraftfahr
zeuges erwähnen, der aus der Tatsache resultiert, daß größere
über die Isolierung des Speicherbehälters einfallende Wärme
mengen in den LH2 abgeführt werden können, da eine Wärmeein
bringung über das Druckaufbausystem und über die Stromzufüh
rungskabel der Verdampfer-Heizung entfällt.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Speicherbehälters ist
dadurch gekennzeichnet, daß in das Innere des Speicherbehälters
eine Einspeiseleitung führt, die an ihrem Ende eine Brause
aufweist.
Mit der am Ende der Einspeiseleitung vorgesehenen Brause kann
der einzuspeisende LH2 fein verteilt durch den Gasraum zur
Restflüssigkeit im Speicherbehälter abbrausen bzw. versprüht
werden. Wird dabei der LH2 über eine Pumpe aus dem statio
nären Tank, in dem er bei einem Druck von etwa 1,2 bar gelagert
ist, in den Speicherbehälter gefördert, kommt es zu einem
Einkondensieren des im Speicherbehälter verbliebenen GH2′s.
Somit wird eine Abgabe von GH2 während des Betankungsvorgan
ges und ein daraus resultierender Kraftstoffverlust vermieden.
Durch den Wegfall des bisher verwendeten LH2-Tauchrohres
erhöht sich die Sicherheit des Speichersystems, da nunmehr nur
die im Speicherbehälter eingeschlossene Gasmenge und die Gas
menge, die bei einer Drucksenkung aus der Flüssigkeit verdampft
- wie z. B. bei einem Leitungsbruch oder einer Ventilfehlschal
tung -, in die Atmosphäre entweichen können. Der Speicherbe
hälter wirkt somit als ein geschlossenes doppelwandiges
Containment ohne Entleerungsmöglichkeit für den LH2. Dieser
Sicherheitsaspekt kann der Akkzeptanz des Betriebsmediums
"Wasserstoff" nur dienen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekenn
zeichnet, daß an dem gasraumseitigen Ende der Austrittsleitung
neben dem Überlaufgefäß eine Verdampfer-Heizung befestigt ist.
Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Speicherbehälters
ermöglicht die Versorgung herkömmlicher Kraftfahrzeugmotoren
mit LH2 und/oder GH2, da mittels der Verdampfer-Heizung ein
Druckaufbau sowie ein Aufrechthalten des notwendigen Betriebs
druckes von 3 bis 4 bar, der bei herkömmlicher Kraftfahrzeug
motoren benötigt wird, erreicht wird. Der aus dem gasraumseiti
gen Ende der Austrittsleitung austretende LH2 gelangt auf
die Verdampfer-Heizung, wird dort ganz oder teilweise verdampft
und der LH2 und/oder GH2 über das Überlaufgefäß und die
daraus wegführende Entnahmeleitung aus dem Speicherbehälter
entnommen und dem Kraftfahrzeugmotor geführt.
Im Falle der Versorgung herkömmlicher Kraftfahrzeugmotoren mit
LH2 und/oder GH2 wird die Erfindung weiterbildend vorge
schlagen, daß im Inneren des Speicherbehälters mehrere,
vertikal ausgerichtete und parallel zueinander angeordnete
Bleche befestigt sind.
Selbstverständlich sind dem Fachmann weitere Vorrichtungen
bekannt, wie z. B. Gestrickeinsätze, die ein Schwappen des
LH2′s wirkungsvoll verhindern. Die Rückkondensationsge
schwindigkeit des GH2′s in den LH2 ist abhängig von der
Oberflächenbewegung der Flüssigkeit. Aus diesem Grunde ist ein
während des Fahrbetriebes auftretendes Durchmischen des
LH2′s mit dem GH2 zu vermeiden. Mittels der oben beschrie
benen Anti-Schwappeinbauten kann ein Schwappen des LH2′s und
ein damit verbundenes Vermischen von LH2 und GH2 wirkungs
voll verhindert werden.
Die Erfindung sei im folgenden anhand der Fig. 1 und 2 näher
erläutert. Hierbei besitzen identische Bauteile gleiche Bezugs
zeichen.
Fig. 1 zeigt einen zum Stand der Technik gehörenden
Speicherbehälter 1 für LH2 - der vorzugsweise in Kraftfahr
zeugen zum Einsatz kommt -, wobei der Übersichtlichkeit halber
in beiden Figuren auf eine Darstellung der für die Isolierung
des Speicherbehälters notwendigen Bauteile verzichtet wird. In
der Regel ist ein Befüllen des Speicherbehälters mit LH2 nur
bis etwa 95% des Speichervolumens zulässig. Über dem LH2 2
befindet sich ein Leervolumen 3. Über Leitung 4 wird der
Speicherbehälter 1 während des Betankungsvorganges mit LH2
befüllt. Am Ende der Betankungsprozedur wird über Leitung 4
OH2 in die Flüssigkeit 2 gepumpt, um den für den Fahrbetrieb
notwendigen Betriebsdruck von 3 bis 4 bar zu erzeugen. Nach
Beendigung des Betankungsvorganges wird vor dem Beginn des
Fahrbetriebes die am Boden des Speicherbehälters 1 angebrachte
elektrische Heizung 6 eingeschaltet, um den Betriebsdruck
aufrecht zu halten. Der für den Betrieb notwendige LH2 wird
über Leitung 4 entnommen, im Wärmetausch mit Motorkühlwasser
verdampft und angewärmt (in der Figur nicht dargestellt) und
dem Motor zugeführt. Das bei längeren Standzeiten notwendige
Abblasen von GH2 in die Atmosphäre geschieht über Leitung 5.
Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Speicherbehälter 1 mit
einer mechanischen Pumpe. Die Einspeisung des LH2 in den
Speicherbehälter 1 erfolgt über die Einspeiseleitung 7. Diese
ist an ihrem Ende mit einer Brause 8 versehen, so daß der
LH2 fein verteilt durch den Gasraum 3 zur Restflüssigkeit im
Speicherbehälter 1 abbrausen bzw. versprüht werden kann. Der
LH2 wird mittels der mechanischen Pumpe 9 über eine Rohr 10
in das Überlaufgefäß 11 gefördert. Ist bei dem erfindungsge
mäßen Speicherbehälter 1 eine Verdampfer-Heizung vorgesehen, so
befindet sich diese in der Regel zwischen dem gasraumseitigen
Ende der Austrittsleitung 10 und dem Überlaufgefäß 11. Aus dem
Überlaufgefäß 11 wird der LH2 anschließend über die
Entnahmeleitung 12 dem Speicherbehälter entnommen.
Claims (4)
1. Speicherbehälter für flüssigen Wasserstoff, dadurch
gekennzeichnet, daß im Inneren des Speicherbehälters eine
mechanische Pumpe angebracht ist, deren Austrittsleitung in
den Gasraum des Speicherbehälters hineinragt, und daß an
dem gasraumseitigen Ende der Austrittsleitung ein Überlauf
gefäß befestigt ist.
2. Speicherbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in das Innere des Speicherbehälters eine Einspeiselei
tung führt, die an ihrem Ende eine Brause aufweist.
3. Speicherbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß an dem gasraumseitigen Ende der Austritts
leitung neben dem Überlaufgefäß eine Verdampfer-Heizung
befestigt ist.
4. Speicherbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß im Inneren des Speicherbehälters mehrere, vertikal
ausgerichtete und parallel zueinander angeordnete Bleche
befestigt sind.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4212625A DE4212625A1 (de) | 1992-04-15 | 1992-04-15 | Speicherbehälter für flüssigen Wasserstoff |
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Applications Claiming Priority (1)
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DE4212625A DE4212625A1 (de) | 1992-04-15 | 1992-04-15 | Speicherbehälter für flüssigen Wasserstoff |
Publications (1)
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DE4212625A1 true DE4212625A1 (de) | 1993-10-21 |
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Family Applications (1)
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Country Status (2)
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FR (1) | FR2690222B1 (de) |
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Legal Events
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